Logic mờ ứng dụng trong bài toán nhận dạng chư viết tay

Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu http://lrc.tnu.edu.vn/

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CNTT VÀ TRUYỀN THÔNG

TRẦN THỊ HIẾU

LOGIC MỜ ỨNG DỤNG

TRONG BÀI TOÁN NHẬN DẠNG CHỮ VIẾT TAY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH

Thái Nguyên, năm 2013

Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu http://lrc.tnu.edu.vn/

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CNTT VÀ TRUYỀN THÔNG

TRẦN THỊ HIẾU

LOGIC MỜ ỨNG DỤNG

TRONG BÀI TOÁN NHẬN DẠNG CHỮ VIẾT TAY

Chuyên ngành: Khoa học máy tính

Mã số: 60.48.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. Vũ Vinh Quang

Thái Nguyên, năm 2013

Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu http://lrc.tnu.edu.vn/

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, tôi xin chân thành gửi lời TS.

Quang, người đã tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện cho tôi trong quá trình làm luận

văn tốt nghiệp.

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong T

, Viện công nghệ thông tin thuộc Viện khoa học

và Cộng nghệ Việt Nam. Các thầy, cô luôn giúp đỡ, tạo điều kiện cho tôi trong quá

trình học tập và làm luận văn tốt nghiêp.

Tôi gửi lời cảm ơn đến các bạn đồng nghiệp, những người thân và bạn bè đã

động viên, giúp đỡ và đóng góp nhiều ý kiến quý báu cho tôi trong quá trình học tập

cũng như khi làm luận văn tốt nghiệp.

Trong khoảng thời gian ngắn, với kiến thức của bản thân còn hạn chế nên

luận văn không tránh khỏi những thiếu sót về mặt khoa học, tôi rất mong nhận được

những đóng góp ý kiến của các Thầy, cô giáo cùng bạn bè để luận văn được hoàn

chỉnh hơn.

Xin trân trọng cảm ơn!

, tháng 7 năm 2013

Học viên

Trần Thị Hiếu

Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu http://lrc.tnu.edu.vn/

C

Trang

Chƣơng 1 LOGIC MỜ VÀ BÀI TOÁN NHẬN DẠNG CHỮ VIẾT TAY 2

1.1. Các khái niệm cơ bản................................................................................................ 2

1.2. Các phép toán trên tập mờ........................................................................................ 4

1.2.1. Phép giao......................................................................................... 4

1.2.2. Phép hợp.......................................................................................... 5

1.2.3. Phép phủ định.................................................................................. 7

1.3. Suy luận mờ.............................................................................................................. 8

1.3.1. Nguyên lý suy rộng và quan hệ mờ ................................................ 8

1.3.2. Luật mờ ......................................................................................... 10

1.4. Điều khiển mờ (Fuzzy Control)............................................................................. 16

1.5. Nhận dạng mờ (Fuzzy Pattern Recornition)......................................................... 19

1.5.1. Bài toán nhận dạng........................................................................ 19

1.5.2. Phân nhóm và vai trò trong thực tế .............................................. 20

Chƣơng 2 LÝ THUYẾT NHẬN DẠNG ẢNH............................................ 21

2.1. Các khái niệm cơ bản.............................................................................................. 21

2.1.1. Khái niệm ảnh số........................................................................... 21

2.1.2. Phân loại ảnh số ............................................................................ 21

2.1.3. Khái niệm mức xám đồ................................................................. 22

2.2. Lý thuyết nhận dạng ảnh ........................................................................................ 22

2.2.1. Lý thuyết xử lý ảnh 2D ................................................................ 22

2.2.2. Nâng cao chất lượng ảnh............................................................... 27

2.2.3. Phân loại ảnh và tìm biên ảnh ....................................................... 36

2.2.4. Quy trình nhận dạng ảnh............................................................... 37

Chƣơng 3 BÀI TOÁN NHẬN DẠNG CHỮ VIẾT TAY........................... 43

3.1. Mô hình bài toán ..................................................................................................... 43

3.2 Các bước tiến hành bài toán nhận dạng chữ viết ................................................... 44

Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu http://lrc.tnu.edu.vn/

3.2.1 Thu nhận các mẫu dữ liệu .............................................................. 44

3.2.2 Tách mẫu và chuẩn hoá.................................................................. 46

3.2.3 Xây dựng thư viện mẫu cho các ký tự ........................................... 46

3.2.4 Hệ suy luận học cho bài toán nhận dạng chữ viết tay.................... 46

KẾT LUẬN .................................................................................................... 53

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 54

Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu http://lrc.tnu.edu.vn/

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Trang

Hình 1.1: Một số hàm liên thuộc cơ bản................................................................................3

Hình 1.2 : Đồ thị minh hoạ nguyên lý suy rộng mờ ..............................................................9

Hình 1.3: Hàm liên thuộc của biến ngôn ngữ T(tuổi)..........................................................11

Hình 1.4: Mô hình suy luận mờ với một luật-một tiên đề ...................................................14

Hình 1.5: Mô hình suy luận mờ một luật-nhiều tiền đề .......................................................14

Hình 1.6 : Mô hình suy luận mờ hai luật hai tiên đề............................................................15

Hình 1.7: Cấu trúc cơ bản của bộ điều khiển mờ................................................................16

Hình 1.8: Cấu trúc cơ bản của hệ chuyên gia ......................................................................17

Hình 1.9: Quá trình nhận dạng.............................................................................................19

Hình 2.1 : Toán tử tuyến tính...............................................................................................24

Hình 2.2: Mặt nạ bộ lọc tuyến tính

3 3 .............................................................................25

Hình 2.3 : Toán tử điểm ảnh ................................................................................................26

Hình 2.4: Mô hình nhiễu......................................................................................................27

Hình 2.5: Lọc ngược khôi phục ảnh nguyên gốc. ................................................................29

Hình 1.6: Một số các mặt nạ không gian trung bình............................................................33

Hình 2.7: Mặt nạ lọc thông thấp ..........................................................................................33

Hình 2.8: Cửa sổ lọc giả trung vị.........................................................................................34

Hình 2.9: Phương pháp lưới.................................................................................................39

Hình 2.10: Phương pháp cung .............................................................................................40

Hình 2.11: Biểu diễn mẫu bằng tập kí hiệu..........................................................................42

Hình 3.1 : Các công đoạn của bài toán nhận dạng ảnh ........................................................44

Hình 3.2 : Ba mẫu chữ cần đọc............................................................................................47

Hình 3.3 : Ký tự cần nhận dạng ...........................................................................................47

Hình 3.4: Giao diện chương trình nhận dạng.......................................................................48

Hình 3.5: Vẽ chữ cần nhận dạng..........................................................................................49

Hình 3.6: Kết quả nhận dạng sau khi vẽ chữ. ......................................................................49

Hình 3.7: Mở file ảnh ký tự cần nhận dạng. ........................................................................50

Hình 3.8: Giao diện sau khi mở file ảnh ký tự.....................................................................51

Hình 3.9: Kết quả sau khi nhận dạng ảnh ký tự...................................................................51

Hình 3.10: Ghi ký tự ra file ảnh ...........................................................................................52

Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu http://lrc.tnu.edu.vn/

1

LỜI MỞ ĐẦU

Công nghệ tri thức là chuyên ngành tích hợp tri thức con người với các hệ

thống máy tính. Các đặc tính tiêu biểu của các hệ thống dựa trên tri thức thể hiện ở

việc xử lí chuyển trạng thái chứ không dựa vào thể hiện cứng nhắc của trạng thái.

Các quyết định về các xử lí dữ liệu cũng là một phần tri thức của hệ thống. Lúc đó

người ta đề cập nhiều đến tri thức thủ tục.

Để giải vấn đề người ta tăng cường các thủ tục suy diễn với cơ chế kết hợp

các luật với các lập luận logic. Lập luận logic dùng để rút ra kết luận từ các sự kiện

xem là đúng đắn.

Ở các giai đoạn trước, việc truyền đạt cho máy luôn cần thiết phải đảm bảo

tính chính xác và duy nhất, điều này làm cho các thao tác của máy trở nên khô

cứng và tạo ra một khoảng cách rất xa giữa người và máy về “độ thông minh” trong

việc giải quyết các bài toán kỹ thuật cũng như trong cuộc sống hàng ngày.

Hai lĩnh vực quan trọng phải kể đến là lý thuyết về mạng nơron và logic mờ,

chúng là chìa khoá để tạo ra các hệ thống kỹ thuật vừa đảm bảo tính xác và nhanh

chóng trong vận hành, vừa có khả năng học từ các mẫu dữ liệu thống kê, lại có khả

năng thông minh và mềm hoá trong quá trình ra quyết định.

Đối với các cán bộ kỹ thuật trong ngành Điện tử viễn thông, lý thuyết về xử

lý tín hiệu trong đó có tín hiệu hình ảnh là những kiến thức không thể thiếu. Nhận

dạng ảnh, đặc biệt là nhận dạng ký tự cũng là một mảng đề tài đáng quan tâm. Việc

nhận dạng ký tự nhất là với chữ viết tay sẽ tiết kiệm rất nhiều thời gian cho viêc

nhập và lưu trữ dữ liệu.

Ý thức được vấn đề trên, tôi xin hoàn thành luận văn tốt nghiệp với đề tài

“Logic mờ ứng dụng trong bài toán nhận dạng chữ viết tay”. Nội dung đề tài

gồm những vấn đề sau:

Chƣơng 1: Logic mờ và bài toán nhận dạng chữ viết tay.

Chƣơng 2: Lý thuyết mờ và ứng dụng.

Chƣơng 3: Bài toán nhận dạng chữ viết tay .

Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu http://lrc.tnu.edu.vn/

2

Chƣơng 1

LOGIC MỜ VÀ BÀI TOÁN NHẬN DẠNG CHỮ VIẾT TAY

Trong chương 1, luận văn đề cập đến các vấn đề sau: Một số khái niệm về logic mờ

như: Các phép toán trên tập mờ, Suy Luận Mờ, Điều khiển mờ (Fuzz Control), Nhận

dạng mờ (Fuzzy Pattern Recornition), mô hình của bài toán nhận dang. Trong chương

này, luận văn đã tham khao một số tài liệu sau: [3], [4] , [6] và [7].

1.1. Các khái niệm cơ bản

Cơ sở của logic mờ là việc ánh xạ từ các biến x đầu vào thuộc tập A thành

các biến y đầu ra thuộc tập B.

Nói cách khác, giá trị x=a không được xác định rõ là có thuộc hay không

thuộc tập B, và khái niệm mờ được đưa ra để làm nền tảng cho logic mờ và điều

khiển mờ sau này.

Cơ chế cơ bản của logic mờ sau này có dạng là tập hợp các trạng thái nếu…

thì hay còn gọi là những quy luật.

Tập mờ được coi là phần mở rộng của tập kinh điển. Nếu X là một không

gian nền (một tập nền) và những phần tử của nó được biểu thị bằng x, thì một tập

mờ A trong X được xác định bởi một cặp các giá trị:

A x x x X ,

Với

0 1 A

x (1.1)

Trong đó µA(x) được gọi là hàm liên thuộc của x trong A - viết tắt là MF

(Membership Function). Nó không còn là hàm hai giá trị như đối với tập kinh

điển nữa, mà là một hàm với một tập các giá trị hay còn gọi là một ánh xạ. Tức

là, hàm liên thuộc ánh xạ mỗi một phần tử của X tới một giả trị liên thuộc trong

khoảng [0,1].

Như vậy, kiến trúc của một tập mờ phụ thuộc vào hai yếu tố: không gian nền

và hàm liên thuộc phù hợp. Sự đặc biệt của hàm thuộc là nó mang tính chủ quan với

ý nghĩa là với cùng định nghĩa một khái niệm nhưng với mỗi người khác nhau thì

hàm thuộc có thể xây được xây dựng khác nhau.